[发明专利]低成本可变内径燃烧室及其设计和试验方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种用于获得低成本的可变内径燃烧室及其设计和试验方法。本发明 特别涉及应用于液体火箭发动机可变内径的燃烧室及其设计和试验方法。

【背景技术】

在火箭发动机推力室的研制过程中，特别是作为推力室主要组件的喷注器的研制 过程中，在大量的初始研究阶段，为了能够充分地开展试验研究，往往需要对燃烧室 内径进行变化以获得不同工况下的数据。

在地面进行燃烧试验研究中，一般采用两种燃烧室结构形式，即容热式和水冷却 式。而容热式结构较再生冷却方式具有结构简单、成本低、便于维护等优势，虽然其 具有单次试验持续时间短的缺点，但在推力室的初始试验阶段，一般都不需要较长的 试验时间，因此容热式结构在推力室燃烧试验初始阶段研究中被广泛采用。而为了节 约成本和便于测量需要，容热式燃烧室一般都整体采用高导热率材料(如：纯铜)。

一般在不同燃烧室内径下进行的试验研究，都采用以下两种方法：1、Calhoon，D.， Ito，J.and Kors，D.，“Investigation of Gaseous Propellant Combustion and Associated Injector-Chamber design Guide-lines，”[R] Aerojet Liquid Rocket Company，NASA CR-121234，Contract NAS3-13379，July 1973.采用不同内径的整体燃烧室结构，即需要 改变内径试验时，则将燃烧室进行整体更换，这种方式简单易行，但由于是整体的更 换，当需要试验的不同内径工况较多时，必须设计出相同个数整体燃烧室。为了能够 在火箭发动机高温高压环境下有良好的热防护，零件都设计成体积大、重量大，但采 用数量较多时，成本随之线性上升，且重量大不易置换。2、只采用一个容热式燃烧室， 根据试验需要将试验进度安排为：先进行小尺寸内径的试验，再扩大内径以开展大尺 寸内径的试验研究，这种方法由于仅采用了一个燃烧室，成本最低；但是不能灵活地 开展不同内径之间的交换试验，像在开展试验研究中，往往需要在进行了大尺寸内径 的试验后，还需要进行小尺寸的试验，该方法就不能适用，其严格限制了使用的流程； 且该方法需要不断地进行修改内径，势必增加时间成本。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种成本低、能够方便更换燃烧室内径试验研究的容热式燃 烧室及其设计和试验方法，特别是在需要内径尺寸个数较多的情况下最为适用。

一种低成本可变内径燃烧室及其设计和试验方法，属于发动机燃烧室试验领域。 燃烧室包括：头部、身部和喷管部分。燃烧室采用容热式结构，材料采用高导热率的 纯铜材料，且身部分成内外两个零件，即内衬套和外套筒。分别对燃烧室头部、喷管 和身部结构进行设计，设计身部时，首先采用热分析计算，根据内径变化的需要，获 得外套筒的尺寸和个数。试验时，一个外套筒与多个内衬套配合以达到变内径试验的 方法，内衬套个数等于所需的内径尺寸个数。内衬套与外套筒加工方面进行配做完成， 并通过公差保证间隙。燃烧室身部密封位置在于内衬套的两端。

本发明的可变内径燃烧室及其设计和试验方法具有的优点和积极效果在于：(1) 由于只采用了比所需内径尺寸数少得多的外套筒，且外筒套在整体燃烧室结构中所占 体积大、成本比例高，因此所设计的结构成本低，特别是在较大尺寸的燃烧室设计中， 能够大量节约成本；(2)由于采用了可易于拆换的内衬套结构，因此可以随意地、灵活 地更换燃烧室内径进行试验研究，应用方便，能够灵活地适应于试验进度。该方法适 用范围广，可以推广到喷管等部分的应用。

【附图说明】

图1是可变内径燃烧室装配示意图

【具体实施方式】

下面结合附图用实施例来进一步说明本发明，实施例采用推力室研制初期广泛采 用的单喷嘴燃烧室进行说明，方法同样适合于多喷嘴燃烧室工况。

实施此测量方法所用装置主要包括：头部1、身部外套筒2、身部内衬套3、尾部 喷管部分4。

整个设计过程安排如下：

1、根据所需变化的内径范围和个数确定外套筒2的个数。一方面，必须保证 外套筒2所占整体燃烧室身部材料质量达到一定的量，否则成本节约不明显； 另一方面，必须保证内衬3厚度不能太薄，否则内衬3刚度太低，且燃烧室密 封难以保证。